横向冲击荷载作用下锚杆锚固系统的动力响应研究

摘要

锚杆锚固质量两个主要衡量指标是锚固状态和锚固力。锚固状态是指锚杆施工后的锚固段长度、自由段长度、密实度和施工缺陷等；锚固力指现场拉拔试验过程中临界破坏点的拉拔力，又称极限抗拔力。利用振动波传播具有的许多独特性质，可以在锚杆表面人工激发应力波来探测锚杆体系内部的结构和性质，以此来判断锚杆的锚固状态。 锚杆的无损检测研究已提出多年，但研究方向主要为纵向振动，有关锚杆横向振动的研究很少有人提及。本文针对实际工程情况根据Euler-Bernoulli梁模型建立了锚杆体系横向动力响应的理论模型，推导了完整锚杆的理论半解析计算公式，分别采用有限差分法和传递矩阵法两种方法导出了缺陷锚杆的杆顶速度时域曲线。各种方法的计算结果吻合良好，证明了理论推导的准确性。在此基础探讨了锚杆系统横向振动随锚杆长度、激振力作用时间、杆顶伸出地面长度等变化的一些规律。同时利用傅氏变换分析了其频域特性，对各种情况下完整锚杆和缺陷锚杆的速度曲线作了对比。最后，采用有限元数值模拟及室内试验对理论模型进行验证，结果表明本文所采用的数学物理模型能够合理的描述锚杆系统受瞬态冲击荷载物理过程的本质，但尚需对锚杆动力参数进行合理研究。